JPH02133632A - 炭素繊維強化プラスチック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ＞の成形に
用いるプリフォーム材を形成するとぎに使用する縫糸に
関する。

（従来の技術） ＦＲＰを成形するときに、樹脂の補強用基材として炭素
繊維織物を使用することがよくある。その場合、たとえ
ば特公昭６２−２７１８４＠公報に記載されているよう
に、織物を積層し、縫糸で一体に縫合してプリフォーム
材としておくことがある。そうすると、成形時に織物を
・いらいら積層する手間が省けるばかりか、縫糸による
、プリフォーム材、ひいてはＦＲＰの層間剪断強度や層
間剥離強度等の居間強度の向上が期待できるからである
。

ところが、そのような、炭素繊維のプリフォーム材を形
成するとぎに使用する縫糸としては、ガラス繊維糸や、
ポリニスデル繊維等の有機繊維糸が使われることもある
にはあるが、これらは、吸水性が大きかったり、耐熱性
が低かったり、ＦＲＰのマトリクス樹脂との接着性が悪
かったり、織物を構成している炭素繊維との熱膨服差が
大き舊ぎて熱サイクル疲労によるＦＲＰの特性劣化を招
いたり、強度や弾性率等の力学的特性が劣っているとい
った問題があるため、そのような心配の少ない炭素ｌｌ
ｆｔマルチフィラメント糸の使用が最も好ましいとされ
ている。ところが、炭素繊維マルチフィラメント糸を縫
糸として実際にＦＲＰを成形し、断面を顕微鏡で観察し
てみると、縫糸の周りや内部にサーマルクラックを生じ
ていることがよくある。その原因は、炭素繊維は熱線膨
圧係数がほとんど零であるので、成形後に室温まで冷却
するときに、縫糸の長手方向にあける収縮はほとんどな
いの１こ対し、長手方向と直交する方向においては、樹
脂の影響があるので縫糸はその太さが小ざくなろうとし
、また、積層方向においても、織物の面内方向はどは収
縮が抑制されないためではないかと推定される。そうし
て、サーマルクラックは、疲労に伴って成長するので、
ＦＲＰは耐久性に乏しいものとなる。

また、炭素繊維は大変脆いので、マルチフィラメント糸
をそのままの形態で縫糸として使用すると、縫合時のｌ
察過によって単糸切れを起こしたり毛羽立らを生じたり
して、グリフ４−ム材、ひいてはＦＲＰの信頼性がなか
なか向上しない。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は、従来の、炭素繊維のマルチフィラメ
ント糸からなる縫糸の上）ホした問題点を解決し、ＦＲ
Ｐにおいて縫糸の周りや内部にサーマルクラックを発生
させる心配が少なく、耐久性に優れたＦＲＰを）ｑるこ
とができるようになるばかりか、信頼性をも向上させる
ことができる、樹脂補強用プリフォーム材を形成するた
めの縫糸を提供するにおる。

（課題を解決するための手段） 上記１］的を達成するためのこの発明は、炭素繊維のマ
ルチフィラメント糸を芯糸とし、その芯糸を熱可塑性繊
維のマルヂフイラメンｌへ糸からなる被覆糸で巻回、被
覆してなり、上記被覆糸は、上記芯糸の表面の少なくと
も９０％を被覆しており、かつ、全体の２５〜５０体積
％を占めている、樹脂補強用プリフォーム材を形成する
ための縫糸を特徴とするものである。

この発明の縫糸は、炭素繊維のマルチフィラメント糸を
芯糸としている。好ましくは、引張弾性率が２３ｘ　１
０３　ｋｇ／ｍｍ２以上、引張強度が３０Ｑｋｇ／ｍｍ
２以上であるものを使用する。

芯糸は、３００〜３６００デニ一ル程度の繊度を有して
いる。また、芯糸を構成している単糸は、積層体の縫合
時における単糸切れを起こりにくくするため、０．５デ
ニール以下で、かつ、破断伸度が１．８％以上であるよ
うなものが好ましい。

また、芯糸は、無撚であってもよいし、１ｍ当り１５タ
一ン程度以下の軽い撚を有しノでいてもよい。もっとも
、芯糸は、下撚を有するマルチフィラメント糸を２〜３
本合撚してなる合撚糸であってもよい。

さて、−に連した芯糸は、熱可塑性繊維のマルチフィラ
メント糸からなる被覆糸で巻回、被覆されている。この
、被覆糸は、ＦＲＰの成形後においてもそのまま残存し
、成形後の冷却時に縫糸の周りや内部に生ずる熱歪や熱
応力を緩和し、その部分における上述したサーマルクラ
ックを防止するように作用するものである。

被覆糸は、上述したように成形後もＦＲＰ中に残存する
が、本質的にＦＲＰのマトリクスとなるものではないの
で、ＦＲＰの耐熱性や耐水性等の品持性を可能な限り低
下させることがないよう、融点が２４０’Ｃ以上で、２
０℃、６５％Ｒｌ−１の標準状態における水分率が１．
０％以下の熱可塑性ポリマーからなるものであるのが好
ましい。また、１００’Ｃにおける乾熱収縮率が１５％
以下であるようなものが好ましい。乾熱収縮率が１５％
を越えるようなものは、ＦＲＰの成形時にその収縮で芯
糸がかしめられ、単糸の密度が密になって７１−・リク
ス樹脂の含浸性が悪くなったり、Ｆ　ＲＰに応力集中を
（Ｂくような欠陥を作りやすくなる。具体的には、ポリ
エステルｌｌｉ維、仝芳香族ポリエステル繊維、ポリエ
ーテルエーテルケトンＩＩ、ボリフエニレンサルフ？イ
ドｌ１ｌｉ維等を使用することができる。

また、被覆糸は、単糸径が１０〜３０Ｌ１ｍで、繊度が
５０〜１５０デニ一ル程度であるものが好ましい。細す
ぎるものは、少ない量で芯糸の被覆が可能になるものの
、単糸間の隙間が小ざくなって成形時におけるマトリク
ス樹脂の含浸性が阻害されることがある。また、太すぎ
ると、マトリクス樹脂の含浸性はよくなるものの、使用
量が多く’：Ｋ　＆′）ＶぎてＦＲＰの耐熱性等を低下
せしめることがある。なお、被覆糸もまた、無撚のもの
であっても、１ｍ当り１５タ一ン程度以下の軽い撚を有
するものであってもよい。

被覆糸による芯糸の被覆は、芯糸に、被覆糸を、Ｚ撚に
Ｊ、って、さらにＳ撚によって巻回することによって行
う。−しっとも、Ｚ撚とＳ撚とを併用することが必要で
あるわけではなく、いずれか一方のみであってもよい。

しかしながら、イガ用１ノだほうが、縫合時における被
覆糸の位置ずれを小さくリ−ることができ、また、芯糸
の周りにサーマルクラックを発生することがめったとき
にそれが繋がるのを抑制することができるようになるの
で好ましい。なあ、７撚とＳ撚とを（７１用する場合、
被菌糸を粗精組織することも可能である。また、Ｚ撚と
Ｓ撚とを０１用すると、縫糸の断面がほぼ円形になるが
、円形の縫糸は、太さによってはプリフォーム材の表面
の凹凸を大きくし、ＦＲＰにしたとぎに樹脂リッチな部
分を作りやすくなるので、ホットロールで偏平にしてお
くのも好ましい。偏平度（厚み７幅）は、０．３〜０．
６程度で十分である。

さて、被覆糸は、芯糸の表面の少なくとも９０％を被覆
していなければならない。被覆率が９０％よりも低いど
、芯糸の周りや内部の樹脂に発生ずる熱歪や熱応力を緩
和することができなくなり、サーマルクラックが多発す
るようになる。そうして、被覆糸の甲が多くなればなる
ほど、サーマルクラックのより完全な防止が可能になる
が、逆にあまり多くなると、マトリクス樹脂の含浸性が
茗しく悪くなったり、縫糸の周りや内部において耐熱性
が大きく低下するようになるので、２５〜５０体積％に
制限する必要がある。

さて、この発明の縫糸は、炭素繊維の、たとえば織物を
疑似等方積層してなる積１４体を、たとえば単環縫いに
よって縫合し、プリフォーム材とするのに使用する。プ
リフォーム材は、板状のみならず、たとえば特公昭６２
−２３１３９号公報に記載されているようなｌ」型、Ｉ
型、Ｔ型等の桁材形状や、その他の任意の形状を採るこ
とができる。

そして、このグリフ４−ム材に、通常の成形方法、たと
えばレジンインジェクション法によつ樹脂を含浸し、成
形することによって、ＦＲＰが１９られるものである。

なお、プリフォーム材に樹脂を含浸するのではなく、プ
リプレグを用いてプリフォーム材とすることも可能であ
る。

（実施態様） 第１図においで、炭素繊維のマルチフィラメント糸から
なる芯糸１は、Ｚ撚にＪ：る、熱可塑性繊維のマルチフ
ィラメント系からなる被覆糸２でまずさ回、被覆され、
ざらに、Ｓ撚による、熱可塑性繊維のマルチフィラメン
ト糸からなる被覆糸３で巻回、被覆されて、縫糸４が構
成されている。

被覆系２．３は、２５〜５０体積％を占めており、かつ
、芯糸１の表面の少なくとも９０％を被覆している。

第２図は、疑似等方積層した７枚の炭素繊維織物５〜１
１を、第１図に示した縫糸４で単環縫いしてなる板状プ
リフォーム材を示している。

第３図は、炭素繊維織物１２〜１５の板状積層体の上に
、炭素繊維織物１６へ・１９からなるハツト状積層体を
載せ、それら２つの積層体を第１図に示した縫糸４で！
ｔｉ環縫いしてなるプリフォーム材でおる。このような
プリフォーム材は、たとえば、航空償のパネル等として
使用するＦＲＰを成形するときに適している。

（発明の効果） この発明の縫糸は、炭素繊維のマルチフィシメンｌ−系
を芯糸とし、その芯糸を熱可塑性繊維のマルチフィラメ
ン１〜糸からなる被覆糸で巻回、被覆してなり、上記被
覆糸は、上記芯糸の表面の少なくとも９０％を被覆して
おり、かつ、全体の２５〜５０体積％を占め−Ｃいるも
のであるから、これを使用してプリフォーム材を形成す
るとき１．縫糸の単糸切れや毛羽立らを防止することが
できるようになるばかりか、ＦＲＰに１ノだとき、縫糸
の周りや内部に発生する熱歪ヤ）熱応力を緩和すること
ができるようじなり、その部分にサーマルクラックが発
生ずるのを抑制することができて、ＦＲＰの耐久性や信
頼性を大ぎく向上させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の縫糸の一実施態様を示す概略側面
図、第２図および第３図は、上記第１図に示した縫糸を
使用して形成した、それぞれ異なる態様のプリフォーム
材を示Ｖ概略斜視図である。 １：芯糸 ２：被覆糸 ３：被覆糸 ４：Ｎ糸 ５〜１９：炭素繊維織物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維のマルチフィラメント糸を芯糸とし、そ
   の芯糸を熱可塑性繊維のマルチフィラメント糸からなる
   被覆糸で巻回、被覆してなり、上記被覆糸は、上記芯糸
   の表面の少なくとも９０％を被覆しており、かつ、全体
   の２５〜５０体積％を占めていることを特徴とする、樹
   脂補強用プリフオーム材を形成するための縫糸。
2. （２）請求項（１）の縫糸を有する樹脂補強用プリフォ
   ーム材。
3. （３）請求項（２）のプリフォーム材を有する繊維強化
   プラスチック。